Climatizzazione e Termofisica dell'edificio - Progetto (Martini)

Facoltà di Ingegneria dei Sistemi Edilizi

Scuola di Architettura Urbanistica e Ingegneria delle Costruzioni

Valutazione energetica di edificio

Calcolo del carico termico estivo e invernale, del fabbisogno energetico, e verifica dei limiti di legge

Corso di Climatizzazione e termofisica dell’edificio
Prof. Ing. Livio Mazzarella
A.A. 2016/2017
Martini Gabriele
Mat. 874102
Zago Gabriele
Mat. 878156

Indice degli argomenti

• Introduzione 1
• Informazioni Iniziali 2
• Caratteristiche sito 2
• Caratteristiche edificio 3
• Zone d’uso 3
• Caratteristiche geometriche 5
• Elementi di involucro 6
• Superfici trasparenti 6
• Superfici opache 6
• Superfici disperdenti 8
• Proprietà termiche 9
• Componenti opachi 9
• Disperdimenti attraverso terreno 10
• Componenti trasparenti 11
• Ponti termici 14
• Disperdimenti termici per trasmissione 15
• Zona 1 – Abitazione 16
• Zona 2 – Laboratorio artigianale 17
• Zona NR – Garage 18
• Carico termico invernale 19
• Dispersioni per trasmissione 19
• Dispersioni per ventilazione 21
• Potenza generatore 22
• Guadagni energetici 23
• Solari 23
• Interni 24
• Esterni 25
• Apporti gratuiti totali 28
• Carico termico estivo 29
• Contributo termico 29
• Componenti opachi 29
• Componenti trasparenti 32
• Illuminamento 34
• Persone e cose 36
• Ventilazione 36
• Carico termico totale 37
• Grafici di andamento flussi termici 38
• Zona 1 – Abitazione 38
• Zona 2 – Laboratorio artigianale 40
• Edificio complessivo 43
• Dispersioni 44
• Riscaldamento e raffrescamento in continuo 44
• Zona 1 – Abitazione 45
• Zona 2 – Laboratorio artigianale 46
• Riscaldamento e raffrescamento intermittente 46
• Fabbisogno energetico edificio 48
• Funzionamento in continuo 50
• Zona 1 – Abitazione 50
• Zona 2 – Laboratorio artigianale 50
• Funzionamento intermittente 51
• Zona 1 – Abitazione 51
• Zona 2 – Laboratorio artigianale 51
• Rendimenti di impianto 52
• Zona 1 – Abitazione 53
• Zona 2 – Laboratorio artigianale 53
• Gruppo frigorifero (chiller) 54
• Generatore di calore (boiler) 56
• Funzionamento in continuo 57
• Funzionamento intermittente 58
• Conclusioni 59

Climatizzazione e termofisica dell’edificio - valutazione energetica di edificio

Introduzione

Tale relazione si pone come mezzo di supporto e di analisi dei calcoli effettuati al fine di valutare il fabbisogno energetico di un edificio. In essa vengono presi in esami i carichi termici invernali ed estivi e i vari aspetti energetici che interessano l’edificio in questione, in modo da verificare che i risultati ottenuti siano accettabili con i limiti normativi e le prescrizioni di legge, vigenti in materia. Nello specifico le principali norme impiegate come supporto alla nostra analisi energetica sono le seguenti:

• UNI EN 673:2011 “Vetro per edilizia: determinazione della trasmittanza termica e metodo di calcolo”
• UNI EN ISO 6946:2008 “Componenti ed elementi per edilizia: resistenza termica, trasmittanza termica e metodo di calcolo”
• UNI 7357 – FA-3:1974 “Calcolo del fabbisogno termico per il riscaldamento degli edifici”
• UNI 8477 – 1:1983 “Energia solare. Calcolo degli apporti per applicazioni in edilizia. Valutazione degli apporti ottenibili mediante sistemi attivi o passivi”
• UNI EN ISO 10077 – 1:2007 “Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti: calcolo della trasmittanza termica”
• UNI 10344:1993 “Riscaldamento degli edifici. Calcolo del fabbisogno di energia”
• UNI 10349:1994 “Riscaldamento e raffrescamento degli edifici. Dati climatici”
• UNI 10351:1994 “Materiali da costruzione. Conduttività termica e permeabilità al vapore”
• UNI 10355:1994 “Murature e solai: valori della resistenza termica e metodo di calcolo”
• UNI 10379:2005 “Riscaldamento degli edifici: fabbisogno energetico convenzionale normalizzato”
• UNI EN ISO 10456:2008 “Materiali e prodotti per edilizia: proprietà igrometriche, valori tabulati di progetto e procedimenti per la determinazione dei valori termici dichiarati e di progetto”
• UNI TS 11300 – 1:2014 “Prestazioni energetiche degli edifici: determinazione del fabbisogno di energia termica dell'edificio per la climatizzazione estiva ed invernale”
• UNI TS 11300 – 2:2014 “Prestazioni energetiche degli edifici: determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale, per la produzione di acqua calda sanitaria, per la ventilazione e per l'illuminazione in edifici non residenziali”
• UNI EN 12831:2006 “Impianti di riscaldamento negli edifici: metodo di calcolo del carico termico di progetto”
• UNI EN ISO 13370:2008 “Prestazione termica degli edifici: trasferimento di calore attraverso il terreno e metodi di calcolo”
• UNI EN ISO 13786:2008 “Prestazione termica dei componenti per edilizia: caratteristiche termiche dinamiche e metodi di calcolo”
• UNI EN ISO 13789:2001 “Prestazione termica degli edifici: coefficiente di perdita di calore per trasmissione e metodo di calcolo”
• UNI EN ISO 13790:2008 “Prestazione energetica degli edifici: calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento”
• UNI EN ISO 14683:2008 “Ponti termici in edilizia: coefficiente di trasmissione termica lineica e metodi semplificati e valori di riferimento”
• UNI EN 15603:2008 “Prestazione energetica degli edifici: consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica”
• D.Lgs. 311/2006 + All. “Disposizioni correttive ed integrative al D.Lgs. 19/08/2005, recante attuazione della direttiva 2002/91/CE, relativa al rendimento energetico nell’edilizia”
• D.M. 26/06/2015 “Adeguamento delle linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici”
• Norme Tecniche della Regione Lombardia, D.R. 15833/2007

Informazioni iniziali

L’edificio oggetto di studio è un fabbricato di nuova costruzione, con ubicazione prevista nella città di Torino (sigla TO, zona climatica E, altitudine 239 m s.l.m., latitudine 45,12° e longitudine 7,72°), e di cui si riportano le caratteristiche progettuali sulla cui base verranno svolti i calcoli per ottenere il relativo fabbisogno energetico.

Caratteristiche sito

Una volta definita la città in cui verrà costruito il fabbricato si riportano le sue principali caratteristiche termiche ed energetiche. A titolo di supporto si elencano di seguito le grandezze impiegate e analizzate in tale sezione, con le relative ed eventuali formule con cui sono stati ottenuti i valori indicati nelle successive tabelle:

• θ [°C]: temperatura aria esterna di progetto;
• θ [°C]: temperatura aria interna di progetto;
• X [%]: umidità aria esterna di progetto;
• X [%]: umidità aria interna di progetto;
• ∆θ [°C]: escursione giornaliera aria esterna, ricavata dalla norma UNI 10349:1994 (Prospetto XVI);
• F(t): fattore di distribuzione della temperatura, ricavato dalla norma UNI 10349:1994 (Prospetto V);
• H [MJ/m²]: radiazione solare diffusa, ricavata dalla norma UNI 10349:1994 (Prospetto VIII);
• H [MJ/m²]: radiazione solare diretta, ricavata dalla norma UNI 10349:1994 (Prospetto VIII);
• I(ϕ) [kcal/hm²]: irradianza solare massima relativa alla superficie di orientamento T, ricavata attraverso la norma UNI 10349:1994 (Prospetto XII);
• I(45,12° LN) [kcal/hm²]: irradianza solare massima relativa alla superficie di orientamento effettivo della località, calcolata mediante interpolazione dei dati relativi a 45° LN e 50° LN;
• X [W/m²]: radiazione solare attraverso il vetro di riferimento.

Dati progetto raffrescamento Dati progetto riscaldamento θ 26 °C θ 20 °C AI AIX 50 % X 100 % AI AE30,5 °C θ − 8 °C AE MAX∆θ 11 °C X 50 % AI Periodo di raffrescamento (Ͳ ) 24 h Periodo di riscaldamento (Ͳ ) 182 gg C HX 50 % AE ∙∆∙ 1,163 2 Climatizzazione e Termofisica dell’Edificio – Valutazione Energetica di Edificio Massima temperatura esterna (Luglio) Hour F(t) θ (t) Hour F(t) θ (t) AE AE 1 0,87 20,9 13 0,11 29,32 0,92 20,4 14 0,03 30,23 0,96 19,9 15 0,00 30,54 0,99 19,6 16 0,03 30,25 1,00 19,5 17 0,10 29,46 0,98 19,7 18 0,21 28,27 0,93 20,3 19 0,34 26,88 0,84 21,3 20 0,47 25,39 0,71 22,7 21 0,58 24,110 0,56 24,3 22 0,68 23,011 0,39 26,2 23 0,76 22,112 0,23 28,0 24 0,82 21,5 Dati metereologici Irradiazione solare massima (Luglio) Mese θ H H AE d b S W N E Orizz. Gennaio 0,4 2,5 2,5 I(50° LN) 287 442 38 442 572 T Febbraio 3,2 3,5 4,3 X 334 514 44 514 665 Marzo 8,2 5,0 7,2 I(45° LN) 237 443 39 443 601 T Aprile 12,7 6,6 10,4 X 276 515 45 515 699 Maggio 16,7 7,9 11,7 I(40° LN) 187 444 40 444 631 T Giugno 21,1 8,3 13,2 X 217 516 47 516 734 Luglio 23,3 7,6 15,9 I(45,12° LN) 239 443 39 443 600 T eff Agosto 22,6 7,0 11,5 X 278 515 45 515 698 eff Settembre 18,8 5,6 7,9 I(40° LN) 187 444 40 444 631 T ref Ottobre 12,6 4,0 5,3 X 217 516 47 516 734 ref Novembre 6,8 2,7 2,8 1,28 1,00 0,97 1,00 0,95 Dicembre 2,0 2,1 2,62.

Caratteristiche edificio

Il fabbricato di nuova costruzione si sviluppa su più piani fuori terra, ma solo il piano terra ed il primo piano saranno contemplati all’interno del seguente studio energetico. Al piano terra sono previsti due locali adibiti a garage, quindi classificati come ambienti non riscaldati, ed un laboratorio artigianale. Il primo piano è invece interamente occupato da un’abitazione civile, confinante superiormente con ulteriore ambiente riscaldato. Si individuano in questo modo 2 principali zone d’uso del fabbricato con proprie caratteristiche termiche e dimensionali di seguito analizzate, a cui si aggiunge una terza zona non riscaldata afferente ai garage (Garage 1 e Garage 2). Le categorie di edificio a cui fanno capo le varie zone d’uso sono classificate secondo il D.P.R 412/1993 ”Regolamento recante norme per la progettazione, l'installazione, l'esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia”.

Zone d’uso

Zona 1 – Abitazione

Le caratteristiche valide sia per il caso estivo che invernale, per consentire una semplificazione della nostra analisi, sono di seguito elencate:

• Categoria di edificio E.1 – Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo
• Apporti termici gratuiti interni: a = 4 W/m² di superficie calpestabile

Dati riscaldamento:

• Temperatura interna per θ 20 °C AI riscaldamento
• Terminali di erogazione: Ventilconvettori
• Regolazione di zona: Regolatore on/off a differenziale senza controllo della temperatura dell’acqua in uscita dalla caldaia, con ottimizzatore
• Impianto intermittente
• Ore di attenuazione 16:00 – 8:00 n 8 hag
• Ore di attenuazione 8:00 – 16:00 n 2 hdg
• Temperatura di attenuazione θ 16 °C a

Dati riscaldamento:

• Temperatura interna per 26 °C θ AI raffrescamento
• Terminali di erogazione: Ventilconvettori di sistema multi-split
• Regolazione di zona: On/off
• Impianto intermittente
• Ore di attenuazione 16:00 – 8:00 n 8 hag
• Ore di attenuazione 8:00 – 16:00 n 2 hdg
• Temperatura di attenuazione θ 28 °C a

La ventilazione della zona in esame è di tipo naturale, con ricambi d’aria effettivi garantiti attraverso serramenti che possiedono una permeabilità all’aria media verso l’ambiente esterno. Inoltre l’involucro di tale zona d’uso non risulta essere schermato rispetto al clima esterno.

Zona 2 – Laboratorio artigianale

Dati riscaldamento:

• Temperatura interna per θ 18 °C AI riscaldamento
• Categoria edificio E.8 – Edifici adibiti ad attività industriali ed artigianali
• Apporti termici gratuiti interni a 2 W/m² di superficie calpestabile
• Terminali di erogazione: Ventilconvettori
• Regolazione di zona: Regolatore on/off a differenziale senza controllo della temperatura dell’acqua in uscita dalla caldaia, con ottimizzatore
• Impianto intermittente
• Ore di attenuazione 16:00 – 8:00 n 14 hag
• Ore di attenuazione 8:00 – 16:00 n 0 hdg
• Temperatura di attenuazione θ 16 °C a

Dati raffrescamento:

• Temperatura interna per θ 26 °C AI raffrescamento
• Categoria edificio E.1 – Edifici adibiti a residenza a carattere continuativo
• Apporti termici gratuiti interni a 15 W/m² di superficie calpestabile
• Terminali di erogazione: Ventilconvettori di sistema multi-split
• Regolazione di zona: On/off
• Impianto in continuo 24 h

La ventilazione della zona in esame è di tipo meccanico, con ricambi d’aria imposti dal sistema di ventilconvettori a multi-split. Si riportano di seguito i dati principali per il suo dimensionamento e analisi:

• Portata d’aria richiesta durante il periodo di occupazione: q= 50 m³/h/pers
• Indice di affollamento nei locali: n_s = 0,1 pers/m²
• Periodo di occupazione giornaliero dei locali: t_oc = 10 h

Caratteristiche geometriche

Per completezza di trattazione, si riportano le piante dei primi due piani e la sezione verticale di interesse degli stessi. Da queste vengono ricavate le superfici che interessano i vari elementi tecnici che delimitano ogni zona d’uso dell’edificio, ma anche tutte le relative superfici disperdenti. Infine, esse fungono anche da supporto per la definizione delle caratteristiche geometriche al fine di attuare una valida e corretta valutazione energetica del fabbricato.

Elementi di involucro

Mantenendo l’omogeneità di misurazione delle varie superfici che compongo il nostro edificio, si riportano i dati caratteristici per ognuna delle superfici interne e di involucro, suddividendo le stesse in parte trasparente e opaca. A conclusione della seguente sezione verranno prese in considerazione anche le superfici disperdenti dell’edificio con le quali effettuare il calcolo dei disperdimenti per trasmissione. Come metodo di misurazione si sono assunte le dimensioni interne del fabbricato, ottenendo così dei calcoli al netto della muratura.

Superfici trasparenti

Sono di seguito elencate tutte quelle caratteristiche comuni che interessano le superfici finestrate dell’edificio. Per semplificare la denominazione di tale elemento tecnico nei paragrafi successivi viene attribuito un codice univoco SF3, valido per tale relazione.

• Dimensione foro finestra: 1,0 x 1,2 m
• Perimetro vetro: P= 7,17 m
• Area telaio: A_f = 0,32 m²
• Serramento singolo, ci cui dati sono assunti secondo norma UNI EN ISO 10077 – 1:2007:
  • Componente opaca (telaio):
    • Legno morbido
    • sp= 8,0 cm
    • λ= 0,13 W/mK
  • Componente trasparente (triplo vetro), caratteristiche assunte da norma UNI 10351:1994:
    • Vetro da finestra, con superficie basso emissiva (ε= 0,05), sp= 0,4 cm
    • Intercapedine d’aria, d= 1,2 cm
    • Vetro da finestre, con superficie basso emissiva (ε= 0,05), sp= 0,4 cm
    • Intercapedine d’aria, d= 1,2 cm
    • Vetro da finestre, sp= 0,4 cm
• Tapparelle in legno:
  • Permeabilità all’aria bassa
  • Periodo di tempo in cui rimangono alzate: t”= 12 h/gg
• Tende bianche interne con coefficiente di trasmissione ottica τ= 0,7

Superfici opache

In tale sezione sono riportate le tabelle contenenti le caratteristiche termiche e materiche dei vari strati che compongono i diversi elementi tecnici che costituiscono le pareti e le pavimentazioni dell’edificio. Alcuni dei dati riportati sono assunti da scheda tecnica fornita dal produttore. In assenza però degli stessi, si fa riferimento alla norma UNI 10351:1994 per la conducibilità termica dei materiali, ed alla norma UNI 10355:1994 per la resistenza termica di murature e solai. A titolo di supporto si elencano di seguito le grandezze indicate nelle successive tabelle, con le eventuali formule con cui sono stati ottenuti i valori:

• ρ [kg/m³]: densità o massa volumica
• λ [W/mK]: conducibilità termica utile di calcolo
• s [m]: spessore
• R [m²K/W]: resistenza termica unitaria, riferita alla temperatura media di 20 °C
• c [J/kgK]: capacità termica massica o calore specifico
• C [J/m²K]: capacità termica areica interna periodica
• M [kg/m²]: massa areica o superficiale
• h e h [W/m²K]: coefficienti di scambio termico